SITOZIN: YAPI, FONKSIYONLAR, ÖZELLIKLER, SENTEZ - BIYOLOJI - 2025

Sitosin sitidin-5'-monofosfat ve deoksisitidin 5'-monofosfat biyosentezi için hizmet veren, bir pirimidin nükleobaz türüdür. Bu bileşikler, sırasıyla deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asidin (RNA) biyosentezine hizmet eder. DNA, genetik bilgiyi depolar ve RNA'nın çeşitli işlevleri vardır.

Canlılarda sitozin serbest bulunmaz, ancak genellikle ribonükleotidler veya deoksiribonükleotidler oluşturur. Her iki tür bileşik de bir fosfat grubuna, bir riboza ve bir nitrojen bazına sahiptir.

Kaynak: Vesprcom

Ribozun karbon 2'si, ribonükleotidlerde bir hidroksil grubuna (-OH) ve deoksiribonükleotidlerde bir hidrojen atomuna (-H) sahiptir. Mevcut fosfat gruplarının sayısına bağlı olarak sitidin-5′-monofosfat (CMP), sitidin-5′-difosfat (CDP) ve sitidin-5′-trifosfat (CTP) vardır.

Oksijensiz muadiller, deoksisitidin-5′-monofosfat (dCMP), deoksisitidin-5′-difosfat (dCDP) ve deoksisitidin-5′-trifosfat (dCTP) olarak adlandırılır.

Sitozin, çeşitli formlarında, DNA ve RNA biyosentezi, glikoprotein biyosentezi ve gen ifadesinin düzenlenmesi gibi farklı işlevlere katılır.

Yapısı ve özellikleri

Sitozin, 4-amino-2-hidroksipirimidin, ampirik formülüne sahiptir ₄ H ₅ , N ₃ , moleküler ağırlık g / mol 111.10, O, ve beyaz bir toz olarak saflaştırılır.

Sitozinin yapısı, düzlemsel aromatik heterosiklik bir halkadır. Maksimum absorbansın dalga boyu (ʎ _max ) 260 nm'dir. Sitozinin erime sıcaklığı 300ºC'yi aşar.

Bir nükleotid oluşturmak için, sitozin kovalent olarak nitrojen 1 yoluyla bir N-beta-glikosidik bağ yoluyla 1 ′ karbon riboza bağlanır. 5 ′ karbon, bir fosfat grubu ile esterleştirilir.

biosentezi

Pirimidinlerin nükleotid biyosentezi, enzimle katalize edilen altı adımdan oluşan ortak bir yola sahiptir. Yol, karbamoil fosfat biyosenteziyle başlar. Prokaryotlarda tek bir enzim vardır: karbamoil fosfat sentaz. Bu, pirimidin ve glutaminin sentezinden sorumludur. Ökaryotlarda, sırasıyla glutamin ve pirimidinlerin biyosentezinden sorumlu olan karbamoil fosfat sentaz I ve II vardır.

İkinci adım, aspartat transkabamoilaz (ATCase) ile katalize edilen bir reaksiyon olan karboyil fosfat ve aspartattan N-karbamoilaspartat oluşumundan oluşur.

Üçüncü adım, pirimidin halkasının kapanmasına neden olan L-dihidrorotatın sentezidir. Bu adım, dihidrootaz tarafından katalize edilir.

Dördüncü adım, dihidroorotat dehidrojenaz tarafından katalize edilen bir redoks reaksiyonu olan orotat oluşumudur.

Beşinci aşama, substrat olarak fosforibosil pirofosfat (PRPP) ve katalizör olarak orotat fosforibosil transferaz kullanılarak orotidilat (OMP) oluşumundan oluşur.

Altıncı adım, bir OMP-dekarboksilaz tarafından katalize edilen bir reaksiyon olan üridilat (üridin-5′-monofosfat, UMP) oluşumudur.

Sonraki adımlar, UTP'yi oluşturmak için UMP'nin kinaz katalizli fosforilasyonunu ve CTP sentetaz tarafından katalize edilen bir reaksiyon olan CTP'yi oluşturmak için bir amino grubunun glutaminden UTP'ye transferini içerir.

Biyosentezin düzenlenmesi

Memelilerde düzenleme, sitozolde bulunan bir enzim olan karbamoil fosfat sentaz II seviyesinde meydana gelirken, karbamoil fosfat sentaz I mitokondriyaldir.

Karbamoil fosfat sentaz II, negatif geri besleme ile düzenlenir. Düzenleyicileri, UTP ve PRPP, sırasıyla, bu enzimin inhibitörü ve aktivatörüdür.

Karaciğer dışı dokularda, karbamoil fosfat sentaz II, karbamoil fosfatın tek kaynağıdır. Karaciğerdeyken, aşırı amonyak koşulları altında, karbamoil fosfat sentaz I, mitokondriyumda, pirimidin biyosentez yoluna girdiği yerden sitozole taşınan karbamoil fosfat üretir.

Başka bir düzenleme noktası, rekabetçi engelleme ile düzenlenen OMP-dekarboksilazdır. Reaksiyon ürünü olan UMP, OMP-dekarboksilaz üzerindeki bağlanma bölgesi için OMP ile rekabet eder.

Sitozin gibi pirimidinler geri dönüştürülür

Pirimidinlerin geri dönüşümü, pirimidinleri de novo biyosenteze ihtiyaç duymadan yeniden kullanma ve bozunma yolundan kaçınma işlevine sahiptir. Geri dönüşüm reaksiyonu, pirimimidin fosforibosiltransferaz tarafından katalize edilir. Genel tepki şu şekildedir:

Pirimidin + PRPP -> pirimidin nükleozid 5′-monofosfat + PPi

Omurgalılarda, pirimimidin fosforibosiltransferaz eritrositlerde bulunur. Bu enzim için substrat pirimidinler urasil, timin ve orotattır. Sitozin, üridin-5′-monofosfattan dolaylı olarak geri dönüştürülür.

DNA biyosentezindeki rolü

DNA replikasyonu sırasında, DNA'da bulunan bilgiler bir DNA polimeraz tarafından DNA'ya kopyalanır.

RNA biyosentezi, deoksinükleotid trifosfat (dNTP) gerektirir, yani: deoksitimidin trifosfat (dTTP), deoksisitidin trifosfat (dCTP), deoksiadenin trifosfat (dATP) ve deoksiguanin trifosfat (dGTP). Tepki şudur:

(DNA) _{n kalıntı} + dNTP -> (DNA) _{n + 1} kalıntı + PPi

İnorganik pirofosfatın (PPi) hidrolizi, RNA biyosentezi için enerji sağlar.

DNA yapısını stabilize etmede rol

DNA çift sarmalında, tek sarmallı bir pürin, hidrojen bağları ile zıt sarmal pirimidine bağlanır. Bu nedenle, sitozin her zaman guanine üç hidrojen bağıyla bağlıdır: adenin timine iki hidrojen bağıyla bağlanır.

PH 7'de saflaştırılmış doğal DNA solüsyonu 80 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklara maruz kaldığında hidrojen bağları kopar. Bu, DNA çift sarmalının iki ayrı iplik oluşturmasına neden olur. Bu süreç denatürasyon olarak bilinir.

DNA'nın% 50'sinin denatüre olduğu sıcaklık, erime sıcaklığı (Tm) olarak bilinir. Guanin ve sitozin oranı timin ve adenininkinden daha yüksek olan DNA molekülleri, baz oranı ters olanlardan daha yüksek Tm değerlerine sahiptir.

Yukarıda açıklanan, daha fazla sayıda hidrojen bağının doğal DNA moleküllerini daha iyi stabilize ettiğinin deneysel kanıtıdır.

DNA'daki sitozinden zengin bölgelerin işlevi

Son zamanlarda, insan hücrelerinin çekirdeklerinden DNA'nın serpiştirilmiş motif (iM) yapılarını benimseyebileceği bulundu. Bu yapılar, sitozin yönünden zengin bölgelerde oluşur.

İM yapısı, iki sarmallı klasik çift sarmallı DNA'nın aksine dört sarmal DNA'dan oluşur. Daha spesifik olarak, iki paralel dubleks zincir, antiparalel bir yönde serpiştirilir ve bir çift hemiprotonize sitozin (C: C ⁺ ) tarafından bir arada tutulur .

İnsan genomunda iM yapıları, promotörler ve telomerler gibi bölgelerde bulunur. İM yapılarının sayısı, transkripsiyonun yüksek olduğu hücre döngüsünün G1 / S fazında daha yüksektir. Bu bölgeler, transkripsiyonel makinenin aktivasyonunda yer alan protein tanıma bölgeleridir.

Öte yandan, ardışık guanin baz çiftleri (C) bakımından zengin bölgelerde DNA, susuzlaştırma koşulları altında A-sarmal şeklini alma eğilimindedir. Bu şekil, transkripsiyon ve replikasyon sırasında ve DNA'nın proteinlere bağlandığı belirli zamanlarda RNA ve DNA-RNA çift bantları için tipiktir.

Sitozinin ardışık baz bölgelerinin, DNA'nın ana yarıklarında elektropozitif bir yama oluşturduğu gösterilmiştir. Bu nedenle, bu bölgelerin proteinlere bağlandığına ve belirli genomik bölgeleri genetik kırılganlığa yatkın hale getirdiğine inanılmaktadır.

RNA biyosentezindeki rolü

Transkripsiyon sırasında, DNA'da bulunan bilgiler bir RNA polimeraz tarafından RNA'ya kopyalanır. RNA biyosentezi, nükleosit trifosfat (NTP) gerektirir, yani sitidin trifosfat (CTP), üridin trifosfat (UTP), adenin trifosfat (ATP) ve guanin trifosfat (GTP). Tepki şudur:

(RNA) _{n kalıntı} + NTP -> (RNA) _{n + 1} kalıntı + PPi

İnorganik pirofosfatın (PPi) hidrolizi, RNA biyosentezi için enerji sağlar.

Glikoprotein biyosentezindeki rolü

Proteinlere O-bağlı olan oligosakaritleri oluşturmak için ardışık heksoz transferi nükleotit öncülerinden gerçekleşir.

Omurgalılarda, O-bağlantılı oligosakarit biyosentezinin son aşaması, bir sitidin-5p-monofosfat (CMP) öncüsünden iki siyalik asit kalıntısının (N-asetilnöraminik) eklenmesinden oluşur. Bu reaksiyon trans Golgi kesesinde meydana gelir.

Sitozin ve kanser kemoterapötik tedavileri

Tetrahidrofolat asit (FH4) -CH kaynağıdır ₃ grup , ve dökümü dTMP biyosentezi için gereklidir. Ek olarak, FH2 oluşturulur. FH2'nin FH4'e indirgenmesi, bir folat ve NADPH redüktazını gerektirir. Aminopterin ve metotreksat gibi bazı folat redüktaz inhibitörleri kanser tedavilerinde kullanılır.

Metotreksan rekabetçi bir inhibitördür. Folat redüktaz, bu inhibitöre substratından 100 kat daha fazla afinite ile bağlanır. Aminopterin benzer şekilde çalışır.

Folat redüktazın inhibisyonu, dolaylı olarak dTMP'nin ve dolayısıyla dCTP'nin biyosentezini engeller. DUMP'den dTMP'yi katalize eden timidilat sentetaz enziminin inhibitörleri tarafından doğrudan inhibisyon meydana gelir. Bu inhibitörler 5-floroürasil ve 5-floro-2-deoksiüridindir.

Örneğin, 5-floroasil kendi başına bir inhibitör değildir, ancak ilk önce geri dönüşüm yolunda timidilat sentetaza bağlanan ve onu inhibe eden deoksiüridin mfosfat d'ye (FdUMP) dönüştürülür.

Glutamin, azaserin ve asivisine benzer maddeler, glutamin amidotransferazı inhibe eder. Azarin, intihar inaktivatörü olarak hareket ettiği keşfedilen ilk maddelerden biriydi.

Referanslar

1. Assi, HA, Garavís, M., González, C. ve Damha, MJ 2018. i-Motif DNA: yapısal özellikler ve hücre biyolojisinin önemi. Nuclei Acids Research, 46: 8038-8056.
2. Bohinski, R. 1991. Biochemistry. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Delaware.
3. Devlin, TM 2000. Biochemistry. Editör Reverté, Barcelona.
4. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Hücresel ve moleküler biyoloji. Editoryal Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogotá, Caracas, Madrid, Meksika, Sāo Paulo.
5. Nelson, DL, Cox, MM 2008. Lehninger - Biyokimyanın İlkeleri. WH Freeman, New York.
6. Voet, D. ve Voet, J. 2004. Biochemistry. John Wiley and Sons, ABD.